第二章汽車供電系統(tǒng)(改)

第2章汽車供電系統(tǒng)汽車供電系統(tǒng)的功用是向車載各用電設(shè)備提供電能，由蓄電池與發(fā)電機(jī)并聯(lián)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向汽車用電設(shè)備提供電能，并向蓄電池充電。

蓄電池的功用1.發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，向啟動(dòng)機(jī)和點(diǎn)火系統(tǒng)供電2.發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，向用電設(shè)備和發(fā)電機(jī)磁場繞組供電。3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將發(fā)電機(jī)剩余電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來；4.發(fā)電機(jī)過載時(shí)，協(xié)助發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電5.蓄電池相當(dāng)于一個(gè)大電容器，能吸收電路中出現(xiàn)的瞬時(shí)過電壓，保護(hù)電子元件，保持汽車電器系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。對蓄電池的要求啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，蓄電池在5～10S內(nèi)，要向啟動(dòng)機(jī)連續(xù)供給強(qiáng)大電流（汽油機(jī)200～600A，柴油機(jī)800～1000A）。因此，對蓄電池的要求是：容量大、內(nèi)阻小、有足夠的啟動(dòng)能力。能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)需要的蓄電池被稱之為起動(dòng)型蓄電池，汽車上使用的就是起動(dòng)型蓄電池。

對發(fā)電機(jī)的要求(1)由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的轉(zhuǎn)速變化范圍很大，要求發(fā)電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)都能正常發(fā)電且電壓穩(wěn)定，以滿足用電設(shè)備的用電需求；(2)要求發(fā)電機(jī)的體積小、重量輕、故障率低、發(fā)電效率高、充電性能良好、維護(hù)方便或少維護(hù)、使用壽命長等，以確保汽車使用性能要求。

2.1蓄電池的構(gòu)造及工作原理2.1.1蓄電池的構(gòu)造蓄電池是一種可逆的低壓直流電源，既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，也能將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。汽車起動(dòng)用鉛酸蓄電池(簡稱蓄電池)按性能可分為干式荷電蓄電池和免維護(hù)蓄電池兩類。

蓄電池的基本構(gòu)造圖1、

極板與極板組極板：是蓄電池的基本部件，由它接受充入的電能和向外釋放電能。極板分正極板和負(fù)極板兩種。正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛，呈棕紅色；負(fù)極板上的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛，呈青灰色。

為了增大蓄電池的容量，將多片正極板和負(fù)極板各自用橫板焊接并聯(lián)起來，組成正極板組和負(fù)極板組。一個(gè)12V的蓄電池就需用6個(gè)單格電池串聯(lián)而成，如右圖，12V電系汽車選用一只電池，24V電系汽車選用兩只電池。

2.2.2蓄電池的使用與維護(hù)

1、蓄電池的正確使用（1）正確使用起動(dòng)機(jī)；（2）定期補(bǔ)充充電；（3）安裝固定牢靠；（4）新蓄電池首次使用之前，需要合理選擇電解液相對密度。

2、蓄電池的維護(hù)1.檢查蓄電池外殼表面有無電解液漏出或滲出，擦去電池蓋上的電解液；2.檢查蓄電池在車上安裝是否牢靠，導(dǎo)線接頭與極柱的連接是否緊固；3.經(jīng)常性的清除蓄電池蓋上的灰塵、泥土和酸垢，清除極柱和導(dǎo)線接頭上的氧化物；4.檢查加液孔蓋或螺塞上的通氣孔是否暢通；5.定期檢查并調(diào)整電解液的密度及液面高度。2.3新型蓄電池鈉硫電池燃料電池鋅-空氣電池鎘-鎳電池

1、

鈉硫電池在鈉硫電池中，陰極的反應(yīng)物質(zhì)是溶融的鈉，陽極反應(yīng)物質(zhì)是帶有一定導(dǎo)電物質(zhì)的硫，電解質(zhì)為β-氧化鋁（NaAl11O7）固體電解質(zhì)，它既是絕緣體，又能自由傳導(dǎo)鈉離子。鈉硫電池的工作原理

這種電池理論上的比能量可達(dá)660Wh/kg，效率可達(dá)100％（即放電量等于充電量），且充電時(shí)間短、無污染、原材料豐富，缺點(diǎn)是硫化鈉易燃燒、工作溫度高(高達(dá)250~300℃)、使用壽命短。

2、

燃料電池燃料電池由燃料(氫、煤氣、天然氣等)、氧化劑(氧氣、空氣、氯氣)、電極(多孔燒結(jié)鎳電極、多孔銀電極等)和電解質(zhì)KOH溶液等組成，利用燃料的氧化反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，只要不斷地加入燃料和氧氣，就?huì)不斷地產(chǎn)生電能，故稱燃料電池。氫-氧燃料電池是一種最普通的燃料電池，先把燃料轉(zhuǎn)化為氫氣，然后與氧氣分別在電池的兩極發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生電能。燃料電池的比能量已經(jīng)達(dá)到200~350Wh/kg，為鉛蓄電池的4~7倍，且不需充電，只要不斷供應(yīng)燃料就可繼續(xù)使用，因此適合作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。其缺點(diǎn)是需要貴重金屬作催化劑，成本高，且燃料的貯藏和運(yùn)輸都有一定困難，因此有待進(jìn)一步解決。

氫氧燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖

3、

鋅-空氣電池鋅-空氣電池的比能量可達(dá)150～400Wh／kg，正極板是由金屬網(wǎng)集電器、活性層等組成的薄空氣電極，負(fù)極板由純鋅組成，電解液為氫氧化鉀水溶液。化學(xué)反應(yīng)過程鋅-空氣電池具有放電電壓穩(wěn)定、無污染等優(yōu)點(diǎn)。但工作時(shí)用于清除空氣中的二氧化碳、濾清、通風(fēng)等需要消耗一定能量，還要限制放電電流等缺點(diǎn)，尚需進(jìn)一步研究解決。

4、

鎘-鎳電池鎘鎳電池正極板的活性物質(zhì)是氫氧化鎳Ni（OH）和片狀純鎳的混合物，混合純鎳的目的是增強(qiáng)導(dǎo)電能力。負(fù)極板的活性物質(zhì)是海綿狀鎘，為增強(qiáng)其導(dǎo)電能力和化學(xué)活性，將5％~6％的水銀與其混合。電解液為化學(xué)純凈的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。鎘鎳電池充放電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)與相同特性的鉛蓄電池相比，鎘鎳電池的體積小30％、質(zhì)量輕35%左右，可以輸出幾百安培的電流。試驗(yàn)證明，鎘鎳電池的起動(dòng)性能良好，使用壽命為鉛蓄電池的5~7倍。其缺點(diǎn)是成本價(jià)格比相同容量的鉛蓄電池要貴3~4倍。

2.4交流發(fā)電機(jī)構(gòu)造、工作原理及特性發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，其功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（怠速以上），向所有用電設(shè)備（起動(dòng)機(jī)除外）供電，同時(shí)向蓄電池充電。汽車用發(fā)電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，由于交流發(fā)電機(jī)在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)已被淘汰，目前所有汽車均采用交流發(fā)電機(jī)。2.4.1交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造交流發(fā)電機(jī)一般由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、端蓋四部分組成。交流發(fā)電機(jī)基本零部件組成與整體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

整體式交流發(fā)電機(jī)零部件組成

1—抗干擾電容器2—集成電路調(diào)節(jié)器與電刷組件總成3—電刷端蓋4—整流器總成5—轉(zhuǎn)子總成6—定子總成7—驅(qū)動(dòng)端蓋8—風(fēng)扇9—驅(qū)動(dòng)帶輪2.5交流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)器交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器是把交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓控制在規(guī)定范圍內(nèi)的控制裝置，又稱為電壓調(diào)節(jié)器，簡稱調(diào)節(jié)器。汽車采用的調(diào)節(jié)器有觸點(diǎn)式和電子式兩大類。觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、觸點(diǎn)振動(dòng)頻率低、觸點(diǎn)易燒蝕及故障率高等缺點(diǎn)，故因不適應(yīng)現(xiàn)代汽車對電源系統(tǒng)的要求已被淘汰，本節(jié)只介紹電子調(diào)節(jié)器。

2.5.1交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器的作用從發(fā)電機(jī)各電樞繞組電動(dòng)勢與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁極的磁通成正比可推出：

發(fā)電機(jī)輸出電壓必然隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。汽車用交流發(fā)電機(jī)工作時(shí)其轉(zhuǎn)速很不穩(wěn)定且變化范圍很大，若對發(fā)電機(jī)不加以調(diào)節(jié)，其端電壓將隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，這與汽車用電設(shè)備要求電壓恒定相矛盾。交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器的作用就是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，自動(dòng)對發(fā)電機(jī)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)電機(jī)的電壓穩(wěn)定，以滿足汽車用電設(shè)備的要求。2.5.2電壓調(diào)節(jié)原理與調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)原理就是：通過調(diào)節(jié)磁場電流使磁極磁通改變來使發(fā)電機(jī)輸出電壓保持恒定。汽車用發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器電壓調(diào)節(jié)的方法如下圖a所示。當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓達(dá)設(shè)定的上限值U2時(shí)，調(diào)節(jié)器動(dòng)作，使磁場繞組的勵(lì)磁電流If下降或斷流，從而減弱磁極磁通量，致使發(fā)電機(jī)電壓下降；當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓下降至設(shè)定的下限值U1時(shí)，調(diào)節(jié)器又動(dòng)作，使If增大，磁通量加強(qiáng)，發(fā)電機(jī)電壓又上升。

2.5.5調(diào)節(jié)器信號電壓取樣方式

集成電路電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)電壓信號輸入的方式不同，可分為：

1.蓄電池電壓檢測方式

2.發(fā)電機(jī)電壓檢測方式思考題與習(xí)題1.汽車用蓄電池的功用有哪些，其主要功用是什么，對汽車用蓄電池有何要求?2.鉛酸蓄電池的主要組成部件及其功用是什么?3.蓄電池的電動(dòng)勢如何建立?充電和放電時(shí)蓄電池極板及電解液有何變化?4.什么是蓄電池的充電和放電?在充放電過程中，蓄電池內(nèi)部物質(zhì)如何變化?5.什么是蓄電池的額定容量和儲(chǔ)備容量?6.為什么工業(yè)用硫酸和普通水不能用于蓄電池?7.如何正確使用與維護(hù)蓄電池才能提高其容量及使用壽命。8.汽車交流發(fā)電機(jī)的功用是什么?由哪幾部分組成?各起什么作用?9.何謂交流